機器人操作系統(tǒng)（ROS2）入門與實踐 課件 第7章 ROS2中的SLAM環(huán)境建圖

機器人操作系統(tǒng)（ROS2）入門與實踐機器人操作系統(tǒng)（ROS2）入門與實踐第1章LinuxUbuntu入門基礎第2章ROS2安裝與系統(tǒng)架構第3章ROS2編程基礎第4章ROS2機器人運動控制第5章激光雷達在ROS2中的使用第6章IMU在ROS2中的使用第7章ROS2中的SLAM環(huán)境建圖第8章ROS2中的NAV2自主導航第9章ROS2中的圖像視覺應用第10章ROS2的三維視覺應用第11章ROS2的機械臂應用第12章基于ROS2的綜合應用第7章7.3仿真環(huán)境實現SLAM建圖

第7章ROS2中的SLAM環(huán)境建圖7.2SLAMToolbox簡介7.1SLAM原理7.4本章小結7.1SLAM原理“SLAM”，英文全稱是“SimultaneousLocalizationAndMapping”，直譯過來就是“即時定位與地圖構建”。要理解SLAM，先得理解激光雷達的數據特點，激光雷達的掃描數據可以理解為一個障礙物分布的切面圖，如圖所示，其反映的是在一個特定高度上，障礙物面向雷達的邊緣形狀和分布位置。7.1SLAM原理

將三個位置的激光雷達掃描輪廓拼合在一起，就能得到一個相對更完整的平面地圖，同時也得出A、B、C三個位置在這個地圖中的位置，如圖所示：7.2SLAMToolbox簡介

在ROS2的官方教程中，推薦使用SLAMToolbox來替代ROS1的HectorMapping和Gmapping等建圖軟件包。SLAMToolbox是由工程師SteveMacenski在SimbeRobotics公司就職期間構建的一套2DSLAM開源項目，目前由三星機器人研究院在維護。要在ROS2中使用SLAMToolbox，需要先安裝相關軟件包。安裝指令為：sudoaptinstallros-humble-slam-toolbox7.3仿真環(huán)境實現SLAM建圖

下面介紹如何在仿真環(huán)境中使用SLAMToolbox進行SLAM建圖。為了觀察建圖的過程，還會啟動RViz2，實時顯示建圖的進展情況。所以建圖時的數據通訊如圖所示：詳細操作步驟見教材P184-P199頁7.3仿真環(huán)境實現SLAM建圖7.3.1SLAMToolbox的啟動SLAMToolbox的啟動比較簡單，只需要啟動slam_toolbox軟件包里的建圖節(jié)點，配置好相關參數，就可以啟動建圖了。下面通過編寫一個Launch文件來啟動SLAMToolbox。首先在工作空間中創(chuàng)建一個軟件包。cd~/ros2_ws/srcros2pkgcreateslam_pkg接下來在這個軟件包中實現SLAM建圖功能。具體操作步驟如下：1、編寫Launch文件代碼

在VSCode中找到[slam_pkg]軟件包。新建文件夾并命名為“l(fā)aunch”。在新建的[launch]文件夾中新建文件并命名為“slam.launch.py”。7.3仿真環(huán)境實現SLAM建圖importosfromlaunchimportLaunchDescriptionfromlaunch_ros.actionsimportNodefromament_index_python.packagesimportget_package_share_directory

defgenerate_launch_description():

slam_params={"use_sim_time":True,"base_frame":"base_footprint","odom_frame":"odom","map_frame":"map"}slam_cmd=Node(package="slam_toolbox",executable="sync_slam_toolbox_node",parameters=[slam_params])編寫這個Launch文件內容如下：7.3仿真環(huán)境實現SLAM建圖

rviz_file=os.path.join(get_package_share_directory('wpr_simulation2'),'rviz','slam.rviz')rviz_cmd=Node(package='rviz2',executable='rviz2',name='rviz2',arguments=['-d',rviz_file])

ld=LaunchDescription()ld.add_action(slam_cmd)ld.add_action(rviz_cmd)

returnld2、設置安裝規(guī)則install(DIRECTORYlaunchDESTINATIONshare/${PROJECT_NAME})7.3仿真環(huán)境實現SLAM建圖3、編譯軟件包cd~/ros2_wscolconbuild7.3仿真環(huán)境實現SLAM建圖7.3.2仿真環(huán)境建圖sourceinstall/setup.bashros2launchwpr_simulation2robocup_home.launch.py7.3仿真環(huán)境實現SLAM建圖sourceinstall/setup.bashros2launchslam_pkgslam.launch.py打開第2個子窗口。7.3仿真環(huán)境實現SLAM建圖sourceinstall/setup.bashros2runwpr_simulation2keyboard_vel_cmd打開第3個子窗口。7.3仿真環(huán)境實現SLAM建圖機器人在場景里巡游一遍之后，就可以看到建好的地圖了。7.3仿真環(huán)境實現SLAM建圖7.3.3地圖的保存ros2runnav2_map_servermap_saver_cli-fmap在終端窗口的當前路徑（~/ros2_ws）下創(chuàng)建兩個地圖文件：map.pgm和map.yaml。7.3仿真環(huán)境實現SLAM建圖7.3.4SLAMToolbox的參數設置

除了上面例子的四個參數，SLAMToolbox還提供了大量的參數可供設置。舉個例子，設置地圖更新間隔參數map_update_interval。在軟件包slam_pkg的[slam.launch.py]里，為字典slam_params添加一個參數。如圖所示，參數名為“map_update_interval”，數值為1.0，表示機器人每移動1.0米就更新一次地圖。7.3仿真環(huán)境實現SLAM建圖cd~/ros2_wscolconbuildros2launchwpr_simulation2robocup_home.launch.pyros2launchslam_pkgslam.launch.pyros2runwpr_simulation2keyboard_vel_cmd用鍵盤控制機器人在仿真環(huán)境里建圖，注意觀察地圖刷新頻率的變化。

對slam_pkg進行編譯，激活CMakelists.t